2009年江苏省高中物理优秀教学论文如何设置“具有探究价值的问题”

如何设置“具有探究价值的问题”

[摘要] 从“多普勒效应”的课题引入，说明探究性学习中问题设置的重要性。通过课堂

教学的实际案例，说明 “具有探究价值的问题”应具有原始性、冲突性、可行性、拓展性。

[关键词]给火车配音 探究性学习的问题设置 原始性 冲突性 可行性 拓展性

1“给火车配音”的启示

这是“多普勒效应”一节课的课题引入。 屏幕上出现了一群假日郊游的学生，铁道上一列火车正从远处驶来，正当火车拉响汽笛的一瞬间，播音器中的声音突然消失了，火车快速地驶过。 正当学生疑惑时，老师提出了这样一个问题，“哪位同学能给高速驶过的火车配一下音？”老师提出的问题引起了大家的思考，接着，前后左右的学生开始小声的讨论起来。 “给火车配音”这个非常有创意的问题，一下子把学生以前生活中的经验调动了起来。怎么样给火车配音？学生一面搜寻着生活的记忆，一面整合起原有的知识和经验，当他们尝试着给火车配音时，不自觉的完成了“已有知识经验”和新知识之间的对接，而这个过程正好是知识建构过程中关键的一步。由此，成功地揭开了探究“多普勒效应”现象的序幕。 “给火车配音”这个问题的设置成为整个探究活动成功的关键，也是本节课的一个亮点。可见，设置“具有探究价值的问题”，在探究活动中具有十分重要的地位。 建构主义认为，学生学习的过程并不是对知识被动接纳的过程，而是在他们已有知识经验基础上的主动建构。就是说，学生的学习是一个不断建构的过程，只有学生主动建构，不断调整自己的内部认知结构，当内部认知结构和外部知识结构相匹配时，学生的学习才能获得成功。学习者的“已有知识经验”和“主动建构”对学习的成功有举足轻重的作用。探究性学习中，问题的设置就是要帮助学习者找到学习过程中“已有知识经验”和“新知识”之间的缺口，促使调整自己的内部认知结构，从而有效地帮助他们进行“主动建构”。

所以，如何设置“具有探究价值的问题”，是探究性学习中一个重要的课题。 2探究性学习中“问题”设置的实例分析 并不是所有问题都有探究价值的。

什么样的问题是真正有探究价值的问题？只有学习者头脑记忆中的知识经验与行动目标之间出现空缺时，学生才会处于问题情境之中，问题情境的呈现，可激发学生在认知结构中搜寻可填补空缺的知识经验，进行一系列的思维活动。问题就成为引发学生思维和实践的关键因素。

在设计问题时要考虑四个要素：1.目标：在某个情景下想要干什么；2.个体已有的知识经验：具备哪些有关知识技能；3.障碍：需要解决的因素；4.方法：可用于解决问题的程序、步骤、策略等。

在实际选题时，“具有探究价值的问题”应有以下几方面的特征：原始性；冲突性；可行性；拓展性。下面是探究性学习中“问题”设置的实例分析。 2.1原始性

问题来源于真实的生活中的情景。

原始性的问题与物理习题的最大的区别，是问题中包含的信息不同。物理习题中包含的信息是学生已经熟知的、能够熟练解决的问题情景，表面上看习题中包含了大量信息，而这些信息在激发学生创造的动力的效果几乎为零，所以物理习题携带的是大量的“空壳信息”。原始性的问题包含的信息，具有情景性——来源于生活的实际，具有条件与结论的不确定性，因而研究的过程必定具有开放性，在解决这类问题时需要学生自己发现问题、挖掘条件，构建出合理的物理模型，因而有助于激发起学生创造的动力。对学生而言，原始性的问题包

含了更为有效的信息资源。原始性的问题与物理习题在激发学生创造动力的效果是完全不同的。

[案例1]分子直径的估测

“分子”是非常小的微粒，分子直径的估测相对说比较抽象，如何帮助学生处于真实的问题情境之中？实际教学中，笔者采用了迂回的策略：准备一小方盒油菜籽，让学生尝试估测油菜籽的直径。

“估测油菜籽的直径”这样一个来源于真实的生活中的问题情景，立即引起了学生的兴趣，激发起他们探究的问题的热情。

许多学生提出了自己的测量方案：

方案1：把50粒菜籽紧密排成一排，用刻度尺量其长度，再求直径； 方案2：用量筒量出适量粒菜籽的体积，点出菜籽的颗数，先求出一粒菜籽的体积，再求出菜籽的直径；

方案3：用量筒量出一定体积（V）的菜籽，把菜籽紧密地平摊成一层菜籽的矩形，再利用刻度测出其面积（S），最后由d=V/S算出菜籽的厚度，即菜籽的直径。

课堂上，分组让学生用自己的方案进行测量。

结果马上出现了问题。

方案1：由于油菜籽太小，且极易滚动，因此排成一列非常困难。 方案2：由于油菜籽太小，点出油菜籽个数，也颇费周折。

方案3：是一个比较成功的方案，操作也很方便，所以很快得到了测量的结果。 通过这一模拟实验，再提出如何估测分子直径这个问题时，对估测分子直径的教学变得水到渠成。

案例1的成功之处，是把抽象的问题转化成了真实的生活中的问题。

2.2冲突性：在学习的过程中，学生常常会产生这样那样的错误，产生错误的原因是复杂的，有客观层面上的，也有主观层面上的。学习是依赖于学习者已有的知识经验，它当然也包括以往学习中形成的不规范、不系统的知识以及对一些问题的片面看法．这些已有知识和看法常常与所要学习的知识不一致时，出现“冲突”或“断裂”，正是这些“冲突性的问题”在学生知识建构过程中起着十分重要的作用。

[案例2]自由落体运动的教学

“自由落体”的研究是物理学发展史上的一个经典的范例。在教学设计中，对“自由落体”研究过程的思想方法的讨论和历史过程的再现，成为课堂教学的核心。如何吸引学生真正地参与到问题的研究、方法的探索中来，是笔者进行课堂教学设计前苦苦思索的问题。

后来决定，在人类认识“自由落体”过程中，两个代表性的观点冲突的背景下，提出探究的问题。在课前，布置了二组探究性学习的课题：

一：1.亚里斯多德的落体定律的内容是什么？他的主要依据是什么？

2.你认为这种观点是否正确？为什么？

3.你知道伽利略是如何驳斥亚里斯多德的这种观点的？从伽利略的推理，能否得出，不同重量的物体下落快慢都是相同的结论？

二：4.你认为造成地面上的物体下落快慢不同的主要原因是什么？如何证明你的观点？ 5.要严格地证明你的猜想，你有什么更好的实验设计？ 课上，进行了分组交流，各小组上台交流自己的研究成果。 第一组同学交流：

1.亚里斯多德的落体定律：物体下落的快慢决定于它的重量，物体的重量越大下落越快。这种现点来源于日常生活的经验，石头、铁球等重量大的物体下落快，而重量较小的树叶、纸片、羽毛则下落较慢。

2.上述观点是错误的。因为在日常生活中我们发现：重量很小的小石子比重量大的树叶下落更快。所以，亚里斯多德在总结落体定律时，实际上混淆了重量和密度的概念。他实际想表达的是：密度越大的物体下落越快。

3.亚里斯多德的落体定律遭到了伽利略驳斥。伽利略设想将两个重量不同的铁球捆在一起，按照亚里斯多德落体定律，大铁球下落较快小铁球下落较慢，大铁球对小铁球将作用一个向下的拉力，而小铁球对大铁球将作用一个向上的拉力，这样整体的下落速度比大铁球慢而比小铁球快，而整体的重量大于大铁球，这就得到了自相矛盾的结论。

但由此得出不同重量的物体下落快慢都是相同的结论是草率的，因为，物理规律必须得到实验的验证。

第二组同学交流：

4.经过研究发现，造成地面上的物体下落快慢不同的主要原因是受到空气阻力。 在老师的启发下，我们做了纸片在不同情况下与钱币下落的对比实验。（边讲边实验演示如右图）（1）纸片平放落下时，由于纸片受到的阻力较大，所以，纸片下落速度明显小于钱币下落速度；（2）纸片竖直落下时，由于纸片受到的阻力较小，所以，

纸片下落速度与钱币下落速度几何相同；（3）纸片

团成纸团落下时，由于纸片受到的阻力较小，所以，纸片下落速度与钱币下落也速度几何相同。

我们的结论是：当物体受到的空气阻力足够小时，物体下落的快慢相同。 这时下面有学生提出，如果没有空气阻力铁球与羽毛是否同时落地？ 台上学生犹豫了一下，回答：是。

老师在旁边提问：你们是否考虑过，能不能用实验证明你们的结论？ 第三组同学交流：

我们认为可以到月球表面完成这个实验。

下面学生反驳，到月球表面完成这个实验是否太昂贵了。

台上的学生说,我们可以在地球表面创造出一个局部真空的空间。 下面学生提问：如何创造出一个局部真空的空间？ 立即有学生设计出了与毛钱管实验类似的实验装置。

这时,笔者拿出了毛钱管实验装置,进行了抽成真空前后的实验对比.得到的结论是:当物体受到的空气阻力足够小时，物体下落的快慢几何相同。

推论：如果物体不受到空气阻力，物体下落的快慢完全相同。 接着，播放了1971年，阿波罗飞船登上无大气的月球后，宇航员特地做的真空环境下的落体运动的实验录像。当堂表扬了第三组同学，能想到月球表面

完成这个实验其实是非常有气魄的想法，科学就是在许多科学家的大胆猜想中不断向前推进的。

这是笔者感到非常享受的一节课，学生在相互交锋中迸发出来的思想火花让人感受到心灵的震撼。 2.3可行性：“具有探究价值的问题”一定要符合学生的实际，问题的切口要小，便于深入挖掘。大而空的问题，或者问题的研究超出了学生的实际能力，都会失去探究价值。如果教学过程中碰到较大的问题时，可以根据学生的实际情况，把原课题分成若干个小问题，这样就便于操作，问题的研究反而更能落到实处。

[案例3]测定木块与木板之间的动摩擦因数

如何测定木块与木板之间的动摩擦因数？一开始提出这个问题时，学生一时找不准问题

的切口，根据实际，把问题设计下面更容易研究的形式，结果取得了较好的效果。问题如下： 利用现有的器材：木板、木块、弹簧测力计、刻度尺、秒表、沙桶与沙。有人设计了下面三种实验方案：（1）增减沙桶内的沙，使木块看起来做匀速运动，并测出木块、沙与沙桶的重量；（2）用力Ｆ把木板从木块下面向左拉出，并读出弹簧测力计的示数，称出木块的重量；（3）让木块从木板顶端加速滑到底端，并测出下滑时间及相应长度，再测出木板与水平地面的夹角。

这三个实验的操作正确无误，请你利用现有知识对每个方案作出简要分析、评价。 方案（1）：增减沙桶内的沙，使木块匀速运动时，木块所受的摩擦力μmg等于沙及桶的重力Ｍg，有μ＝

Mm，此方案要眼看来确定木块是否做匀速运动，不准确，误差大。

方案（2）：用力Ｆ拉出木板时，木块受摩擦力作用，该力f可直接由弹簧测力计测出，则μ＝G，且木板是不是匀速拉动不影响实验结果，简便，易操作，但是由于用手拿住弹簧秤，会使弹簧秤读数不稳定。

方案（3）：根据牛顿第二定律mgsinθ-μmgcosθ=ma和运动学公式s=2at2。得：μ＝tgθ-2Sgtcos?2f1，由此看出其实验的测量量多，因测量带来的误差大。

由于本实验的成功与否主要体现在实验条件的优化上，故探究过程渗透了多种物理问题的科学研究方法，尽管问题切口较小，但对培养学生良好的科学品质、创造能力有很好的作用。所以，问题的提出一定要符合学生的实际，小切口，深挖掘。

2.4拓展性：“具有探究价值的问题”往往是开放性的问题，给课堂教学更大拓展的空间，也为学生创造能力的展现提供了更加宽阔的舞台。成功的探究性课堂教学能给人一种留下值得思考的东西，使学生更深刻地感受到物理思想的内涵，进一步激发学生学习物理的热情。 [案例4] “寻找磁单极子”

“寻找磁单极子”是“电磁感应”这一章后面的阅读材料。 1931年，著名的英国物理学家狄拉克从理论上预言了存在着只有一个磁极的粒子——磁单极子．根据磁单极子的理论，电和磁之间的相似将更加完美．理论的动人前景，吸引了一批物理学家，用各种方法去寻找磁单极子．1982年，美国物理学家卡布莱设计了一个寻找磁单极子的实验，他设想，如果有一个的磁单极子从上而下穿过（如图2所示）的

超导线圈，可以检测到超导线圈上的电流，也证明了“磁单极子”的存在。

为什么超导线圈检测到电流就可以证明发现了“磁单极子”呢？如果“磁单极子”穿过超导线圈，超导线圈中电流应该怎样变化呢？ 这个问题的探究，涉及到了相当多的物理学的知识，需要对电磁感应现象有深刻的理解，而且，由于问题的开放性，留给学生更多发挥聪明才智的空间。在课堂探究的过程中，学生们各抒已见，提出了各种假设以及问题探究的方案，达到了非常好的效果。

3高中物理新课程给我们的启发

高中物理新课程将科学探究贯穿于整个教材，在新课程的教材中，设计了许多探究性学习的内容，对课堂教学中实施探究性学习提出了更高的要求。教学的设计的过程是对教材再

创造的过程，只有认真钻研教材、研究学生，才能真正设计出具有创造性的、有个性化特色课堂教学，设计出体现自己风格的杰作。

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